Специальные машины постоянного тока 47

Плазменные ракетные двигатели.
Рассмотренные электромагнитные насосы являются своеобразными двигателями постоянного тока. Подобные устройства в принципе пригодны также для разгона, ускорения или перемещения плазмы, т. е. высокотемпературного (2000—4000 °С и больше) ионизированного и поэтому электропроводящего газа. В связи с этим производится разработка реактивных плазменных двигателей для космических ракет, причем ставится задача получения скоростей истечения плазмы до 100 км/сек. Такие двигатели не будут обладать большой силой тяги и поэтому будут пригодны только для работы вдали от планет, где поля тяготения слабы; однако они имеют то преимущество, что весовой расход вещества (плазмы) мал. Необходимую для их питания электрическую энергию предполагается получить с помощью ядерных реакторов. Для плазменных дви­гателей постоянного тока трудную проблему составляет создание надежных электродов для подвода тока к плазме.
Магнитогидродинамические генераторы.
МГД машины, как и всякие элект­рические машины, обратимы. В частности, устройство, изображенное на рис. 11.16, может работать также в режиме генератора, если через него прогонять проводящую жидкость или газ. При этом целесообразно иметь независимое воз­буждение. Генерируемый ток снимается с электродов.
На таком принципе строятся электромагнитные расходомеры воды, растворов щелочей и кислот, жидких металлов и т. п. Э. д. с. на электродах при этом про­порциональна скорости движения или расходу жидкости.
МГД генераторы представляют интерес с точки зрения создания мощных элек­трических генераторов для непосредственного превращения тепловой энергии в электрическую. Для этого через устройство вида, изображенного на рис. 32, необходимо пропускать со скоростью порядка 1000 м/сек проводящую плазму. Такую плазму можно получить при сжигании обычного топлива, а также путем нагревания газа в ядерных реакторах. Для увеличения проводимости плазмы в нее можно вводить небольшие присадки легко ионизируемых щелочных ме­таллов.
Электропроводность плазмы при температурах порядка 2000—4000 °С отно­сительно мала (удельное сопротивление около 1 Ом*см= 0,01 Ом*м= Ом-мм²/м, т. е. примерно в 500 000 раз больше, чем у меди). Тем не менее в мощных генера­торах (порядка 1 млн. кВт) возможно получение приемлемых технико-экономических показателей. Разрабатываются также МГД генераторы с жидкометаллическим рабочим телом.
При создании плазменных МГД генераторов постоянного тока возникают трудности с выбором материалов для электродов и с изготовлением надежных в работе стенок каналов. В промышленных установках также сложную задачу представляет собой преобразование постоянного тока относительно низкого на­пряжения (несколько тысяч вольт) и большой силы (сотни тысяч ампер) в пере­менный ток.
При работе МГД-машин в генераторном режиме (МГД-генератор) через канал чаще всего непрерывно пропускают электропроводящий газ — плазму. Плазма состоит из продуктов сгорания природного топ­лива (угля, нефти, газа) и небольшой добавки (0,1 — 1 % по массе) щелочных металлов или их солей, обладающих низким потенциалом ионизации. Благодаря этой добавке продукты сгорания приобретают электропроводность, т. е. становятся низкотемпературной плазмой.
Прежде чем попасть в канал МГД-генератора, плазма проходит че­рез сопло и ускоряется до больших скоростей На входе в канал она имеет температуру 2500—3000 К, а на выходе — не менее 2000 К, по­скольку при меньших температурах плазма теряет проводимость. При движении плазмы в магнитном поле на электродах появляется постоян­ная ЭДС, подобная той, которая возникает в проводниках электромеха­нического генератора. Эта ЭДС вызывает ток в подключенной к элек­тродам нагрузки. Для увеличения индуцируемой ЭДС и повышения мощности в МГД-генераторе применяют высокие скорости движения плазмы (1000—2000 м/с) и большие индукции магнитного поля. Для создания сильных магнитных полей в МГД-генераторе целесообразно использовать сверхпроводниковые магнитные системы.